Tác động của các gradient áp suất thủy tĩnh trong các phổi lên lưu lượng máu phổi vùng
Các vùng 1, 2 và 3 của lưu lượng máu phổi
Các mao mạch trong các thành của phế nang được giãn nở bởi áp suất máu bên trong chúng nhưng đồng thời bị đè ép bởi áp suất không khí phế nang trên phía bên ngoài của chúng. Vì thế, bất cứ khi nào áp suất không khí phế nang của phổi trở nên lớn hơn áp suất máu mao mạch thì các mao mạch sẽ đóng lại và không có lưu lượng máu. Dưới các tình trạng phổi bình thường và bệnh lý khác nhau, chúng ta có thể phát hiện thấy bất cứ một trong số ba vùng (kiểu phân bố) có thể có của lưu lượng máu, như sau:
- Vùng 1 (zone 1): Không có lưu lượng máu trong suốt tất cả các phần của chu kỳ tim bởi vì áp suất mao mạch phế nang cục bộ trong vùng phổi đó không bao giờ tăng cao hơn áp suất không khí phế nang trong suốt bất cứ phần nào của chu kỳ tim.
- Vùng 2 (zone 2): Lưu lượng máu gián đoạn chỉ trong suốt các đỉnh của áp suất động mạch phổi bởi vì áp suất tâm thu sau đó thì lớn hơn áp suất không khí phế nang, nhưng áp suất tâm trương thì thấp hơn áp suất không khí phế nang.
- Vùng 3 (zone 3): Lưu lượng máu liên tục bởi vì áp suất mao mạch phế nang luôn cao hơn so với áp suất không khí phế nang trong suốt toàn bộ chu kỳ tim.
Bình thường, các phổi chỉ có lưu lượng máu vùng 2 và 3 – vùng 2 (lưu lượng gián đoạn) trong các đỉnh phổi và vùng 3 (lưu lượng liên tục) trong tất cả các vùng bên dưới. Ví dụ, khi một người trong tư thế đứng thẳng, áp suất động mạch phổi ở đỉnh phổi thì thấp hơn khoảng 15 mm Hg so với áp suất ở mức tim. Vì thế, áp suất tâm thu đỉnh phổi thì chỉ là 10 mm Hg (25 mm Hg ở mức tim trừ đi 15 mm Hg áp suất thủy tĩnh chênh lệch). Huyết áp đỉnh 10 mm Hg này thì lớn hơn áp suất không khí phế nang 0, vì thế lưu lượng máu qua các mao mạch đỉnh phổi trong suốt kỳ tâm thu của tim. Ngược lại, trong suốt kỳ tâm trương, áp suất tâm trương 8 mm Hg ở mức tim thì không đủ để đẩy máu chống lại gradient áp suất thủy tĩnh 15 mm Hg cần để gây ra dòng chảy mao mạch tâm trương. Vì thế, lưu lượng máu qua phần đỉnh của phổi thì gián đoạn, với lưu lượng máu trong suốt kỳ tâm thu nhưng ngừng lưu lượng máu trong suốt kỳ tâm trương; đây được gọi là lưu lượng máu vùng 2 (zone 2 blood flow). Lưu lượng máu vùng 2 bắt đầu trong các phổi bình thường khoảng 10 cm phía trên mức giữa tim và mở rộng từ đó đến đỉnh của các phổi.
Trong các vùng dưới của các phổi, từ khoảng 10 cm phía trên mức tim đến đáy của các phổi, áp suất động mạch phổi trong suốt cả kỳ tâm thu và tâm trương luôn lớn hơn áp suất không khí 0 của phế nang. Vì thế, lưu lượng liên tục qua các mao mạch phế nang, hay lưu lượng máu vùng 3 (zone 3 blood flow). Ngoài ra, khi một người nằm xuống, không có phần nào của phổi thì nằm trên mức tim nhiều hơn một vài centimeters. Trong trường hợp này, lưu lượng máu ở một người bình thường hoàn toàn là lưu lượng máu vùng 3, bao gồm cả các đỉnh phổi.
Lưu lượng máu vùng 1 chỉ xuất hiện dưới các tình trạng bất thường. Lưu lượng máu vùng 1, nghĩa là không có máu ở bất cứ thời gian nào trong suốt chu kỳ tim, xuất hiện khi áp suất động mạch tâm thu của phổi quá thấp hoặc áp suất phế nang quá cao để cho phép lưu lượng máu đi qua. Ví dụ, nếu như một người đứng thẳng thở chống lại một áp suất không khí dương sao cho áp suất không khí trong phế nang ít nhất lớn hơn 10 mm Hg so với bình thường nhưng huyết áp tâm thu phổi là bình thường thì chúng ta có thể đoán được là lưu lượng máu vùng 1 – không có lưu lượng máu – trong các đỉnh phổi. Một trường hợp khác trong đó lưu lượng máu vùng 1 xuất hiện là ở một người đứng thẳng mà áp suất động mạch tâm thu phổi thì quá thấp, như có thể xảy ra sau khi mất máu nặng.
Gắng sức làm tăng lưu lượng máu qua tất cả các phần của các phổi. Nhớ lại Hình 4 (bài viết trước), một điều thấy được là lưu lượng máu trong tất cả các phần của phổi tăng lên trong suốt quá trình gắng sức. Một nguyên nhân chính cho sự tăng lưu lượng máu là áp suất mạch máu phổi tăng lên đủ trong suốt quá trình gắng sức để chuyển các đỉnh phổi từ một vùng 2 sang một vùng 3 của lưu lượng máu.
Tăng cung lượng tim trong suốt quá trình gắng sức nặng thường được chứa bởi tuần hoàn phổi mà không gây ra các sự tăng lên nhiều trong áp suất động mạch phổi
Trong suốt quá trình gắng sức nặng, lưu lượng máu qua các phổi có thể tăng lên bốn lần đến bảy lần. Lưu lượng máu thêm này được chứa trong các phổi, theo ba cách: (1) bằng cách làm tăng số lượng các mao mạch mở, đôi khi nhiều đến ba lần; (2) bằng cách làm giãn nở tất cả các mao mạch và làm tăng mức lưu lượng qua mỗi mao mạch nhiều hơn hai lần; và (3) bằng cách làm tăng áp suất động mạch phổi. Bình thường, hai sự thay đổi đầu tiên làm giảm sức cản mạch máu phổi nhiều đến nỗi mà áp suất động mạch phổi tăng rất ít, thậm chí trong suốt quá trình gắng sức tối đa. Tác động này được thể hiện trong Hình 1.
Khả năng của các phổi trong việc chứa lưu lượng máu tăng lên đáng kể trong suốt quá trình gắng sức mà không làm tăng áp suất động mạch phổi, giúp bảo tồn năng lượng của phía bên phải của tim. Khả năng này cũng ngăn cản một sự tăng lên nhiều trong áp suất mao mạch và sự phát triển của phù phổi.
Chức năng của tuần hoàn phổi khi áp suất thất trái tăng lên do suy tim trái
Áp suất nhĩ trái ở một người khỏe mạnh hầu như không bao giờ tăng trên +6 mm Hg, ngay cả trong suốt hầu hết quá trình gắng sức mạnh. Các sự thay đổi nhỏ này trong áp suất nhĩ trái hầu như không có tác động lên chức năng tuần hoàn phổi bởi vì điều này hầu như làm giãn các tiểu tĩnh mạch phổi và mở nhiều mao mạch hơn để cho máu tiếp tục chảy với sự dễ dàng gần như giống nhau từ các động mạch phổi.
Tuy nhiên, khi phía bên trái của tim suy yếu, máu bắt đầu tích tụ lại trong nhĩ trái. Kết quả, áp suất nhĩ trái có thể tăng đôi khi từ giá trị bình thường của nó là 1 đến 5 mm Hg lên cao đến 40 đến 50 mm Hg. Sự tăng lên ban đầu trong áp suất nhĩ, lên đến khoảng 7 mm Hg, có ít tác động lên chức năng tuần hoàn phổi. Tuy nhiên, khi áp suất nhĩ trái tăng đến lớn hơn 7 hay 8 mm Hg, các sự tăng nhiều hơn trong áp suất nhĩ trái gây ra các sự tăng lên đáng kể gần như bằng trong áp suất động mạch phổi, vì thế, gây ra một tải tăng lên đồng thời lên tim phải. Bất cứ sự tăng lên nào trong áp suất tâm nhĩ trái trên 7 hay 8 mm Hg làm tăng áp suất mao mạch gần như bằng như thế. Khi áp suất nhĩ trái tăng trên 30 mm Hg, gây ra các sự tăng lên tương tự trong áp suất mao mạch, phù phổi thì dường như sẽ phát triển, như được nói đến sau trong loạt bài viết này.
Động lực học mao mạch phổi
Sự trao đổi khí giữa không khí phế nang và máu mao mạch phổi được bàn đến trong loạt bài viết tiếp theo. Tuy nhiên, sẽ quan trọng để lưu ý rằng các thành phế nang được lót bởi nhiều mao mạch đến nỗi ở hầu hết mọi nơi, các mao mạch gần như sẽ chạm đến một mao mạch khác ở bên cạnh. Vì thế, người ta thường nói rằng các lưu lượng máu mao mạch trong các thành phế nang như là “một tấm lưu lượng máu” chứ không phải là các mao mạch riêng rẽ.
Áp suất mao mạch phổi. Mặc dù các sự đo đạc áp suất mao mạch phổi trực tiếp không được ghi lại, nhưng các ước tính gián tiếp đã cho thấy rằng bình thường nó có giá trị trung bình khoảng 7 mm Hg. Giá trị này dường như gần chính xác bởi vì áp suất nhĩ trái trung bình là khoảng 2 mm Hg và áp suất động mạch phổi trung bình chỉ là 15 mm Hg, vì thế, áp suất mao mạch phổi trung bình là giữa hai giá trị này.
Khoảng thời gian mà máu ở trong các mao mạch phổi. Từ các nghiên cứu mô học của tổng thiết diện cắt ngang của các mao mạch phổi, có thể tính toán được rằng khi cung lượng tim bình thường, máu đi qua các mao mạch phổi trong khoảng 0.8 giây. Khi cung lượng tim tăng lên, thời gian này có thể ngắn lại đến 0.3 giây. Thời gian rút ngắn sẽ lớn hơn nhiều nếu như không có thêm các mao mạch, mà bình thường bị xẹp, mở ra để chứa lưu lượng máu tăng lên. Vì thế, trong chỉ một phần giây, máu đi qua các mao mạch phế nang trở nên oxygen hóa và mất carbon dioxide dư thừa của chúng.
Sự trao đổi dịch mao mạch trong các phổi và động lực học của dịch kẽ phổi
Các động lực học của sự trao đổi dịch quá các màng mao mạch phổi về mặt định tính thì giống với các mô ngoại vi. Tuy nhiên, về mặt định lượng, có các sự khác biệt quan trọng như sau:
1. Áp suất mao mạch phổi thì thấp, khoảng 7 mm Hg, so với áp suất mao mạch chức năng cao hơn một cách đáng kể trong nhiều mô ngoại vi là 17 mm Hg.
2. Áp suất dịch kẽ trong phổi thì hơi âm hơn so với trong mô dưới da ngoại vi. (Áp suất này được đo theo hai cách – bởi một micropipette được đặt vào trong khoảng kẽ phổi, cho một giá trị khoảng -5 mm Hg, và bằng cách đo áp suất hấp thu của dịch từ phế nang, cho ra một giá trị là khoảng -8 mm Hg).
3. Áp suất thẩm thấu keo của dịch kẽ phổi là khoảng 14 mm Hg, so với ít hơn một nửa giá trị này trong hầu hết các mô ngoại vi.
4. Các thành phế nang thì cực kỳ mỏng và biểu mô phế nang che phủ các bề mặt phế nang thì yếu đến nỗi nó có thể bị vỡ bởi bất cứ áp suất dương nào trong các khoảng kẽ lớn hơn áp suất không khí phế nang (>0 mm Hg), mà cho phép sự đổ dịch từ các khoảng kẽ vào trong các phế nang. Bây giờ hãy xem cách các sự khác biệt định lượng này ảnh hưởng đến động lực học dịch phổi như thế nào.
Mối liên hệ qua lại giữa áp suất dịch kẽ và các áp suất khác trong phổi. Hình 2 cho thấy một mao mạch phổi, phế nang phổi và mao mạch bạch huyết thoát dịch khoảng kẽ giữa mao mạch máu và phế nang. Chú ý sự cân bằng của các lực ở màng mao mạch máu, như sau:
Vì thế, các lực hướng ra phía ngoài bình thường thì hơi lớn hơn so với các lực hướng vào trong, cung cấp một áp suất lọc trung bình ở màng mao mạch phổi mà có thể được tính toán là +29 – 28 = +1 mm Hg.
Áp suất lọc này gây ra một dòng dịch liên tục từ các mao mạch phổi vào trong các khoảng kẽ, ngoại trừ một lượng nhỏ mà bay hơi trong các phế nang. Dịch này được bơm ngược trở lại vào trong hệ thống tuần hoàn qua hệ thống bạch huyết phổi.
Áp suất dịch kẽ phổi âm và cơ chế giữ các phế nang khô. Điều gì giúp giữ các phế nang không chứa dịch dưới các tình trạng bình thường? Các mao mạch phổi và hệ thống bạch huyết phổi bình thường duy trì một áp suất hơi âm trong các khoảng kẽ; bất cứ khi nào dịch dư xuất hiện trong các phế nang, nó bị hút cơ học vào trong khoảng kẽ phổi thông qua các lỗ nhỏ giữa các tế bào biểu mô phế nang. Dịch dư sau đó được mang đi qua các mạch bạch huyết phổi. Vì thế, dưới các tình trạng bình thường, các phế nang được giữ khô ráo, ngoại trừ một số lượng nhỏ dịch mà rỉ ra từ lớp biểu mô lên trên các bề mặt lót các phế nang để giữ chúng được ẩm.
Phù phổi (pulmonary edema)
Phù phổi xảy ra theo cách giống như phù xảy ra bất cứ đâu khác trong cơ thể. Bất cứ yếu tố nào mà làm tăng sự lọc dịch ra khỏi các mao mạch phổi hoặc cản trở chức năng bạch huyết phổi và làm cho áp suất dịch kẽ phổi tăng từ khoảng giá trị âm vào trong khoảng giá trị dương sẽ có khuynh hướng gây ra sự đổ đầy của khoảng kẽ phổi và các phế nang bởi dịch tự do.
Các tình trạng thường gặp nhất của phù phổi là như sau:
1. Suy tim trái hay bệnh van hai lá, với các sự tăng lên nhiều kế tiếp trong áp suất tĩnh mạch phổi và áp suất mao mạch phổi và sự tràn dịch của các khoảng kẽ và các phế nang.
2. Tổn thương đối với các màng mao mạch máu phổi được gây ra bởi các nhiễm trùng như viêm phổi hay bởi việc hít thở các chất độc như khí chlorine hay lưu huỳnh dioxide.
Mỗi trong số các cơ chế này gây ra sự thoát protein huyết tương và dịch nhanh ra khỏi các mao mạch và vào trong các khoảng kẽ phổi và các phế nang.
Các hệ số an toàn của phù phổi. Các thực nghiệm trên động vật cho thấy rằng áp suất mao mạch phổi bình thường tăng đến một giá trị ít nhất bằng với áp suất thẩm thấu keo của huyết tương bên trong các mao mạch trước khi phù phổi đáng kể xảy ra. Để đưa ra một ví dụ, Hình 3 cho thấy làm thế nào các mức khác nhau của áp suất nhĩ trái làm tăng mức độ hình thành phù phổi ở chó. Nhớ là mỗi khi áp suất nhĩ trái tăng đến các giá trị cao thì áp suất mao mạch phổi tăng đến một mức 1 hay 2 mm Hg nhiều hơn so với áp suất nhĩ trái. Trong các thực nghiệm này, ngay khi áp suất nhĩ trái tăng lên trên 23 mm Hg (làm cho áp suất mao mạch phổi tăng trên 25 mm Hg), dịch bắt đầu tích tụ trong các phổi. Sự tích tụ dịch này tăng thậm chí còn nhanh hơn khi áp suất mao mạch tăng lên. Áp suất thẩm thấu keo trong suốt các thực nghiệm này thì bằng với mức áp suất ngưỡng 25 mm Hg này. Vì thế, ở một người, mà áp suất thẩm thấu keo huyết tương bình thường là 28 mm Hg, chúng ta có thể dự đoán rằng áp suất mao mạch phổi phải tăng từ mức 7 mm Hg bình thường đến nhiều hơn 28 mm Hg để gây ra phù phổi đáng kể, cho thấy một hệ số an toàn cấp chống lại phù phổi là 21 mm Hg.
Hệ số an toàn trong các tình trạng mạn tính. Khi áp suất mao mạch phổi vẫn tăng kéo dài (trong ít nhất 2 tuần), các phổi trở nên thậm chí đề kháng hơn với phù phổi bởi vì các mạch bạch huyết mở rộng một cách đáng kể, làm tăng khả năng của chúng trong việc mang dịch khỏi các khoảng kẽ có lẽ lên đến 10 lần. Vì thế, ở những bệnh nhân bị hẹp van hai lá mạn tính, các áp suất mao mạch phổi là 40 đến 45 mm Hg đo được mà không có sự phát triển của phù phổi gây tử vong.
Tính nhanh chóng của tử vong ở những người mắc phù phổi cấp tính. Khi áp suất mao mạch phổi tăng thậm chí hơi cao hơn mức hệ số an toàn, phù phổi gây tử vong có thể xảy ra trong vòng nhiều giờ, hoặc thậm chí trong vòng 20 đến 30 phút nếu như áp suất mao mạch tăng 25 đến 30 mm Hg trên mức hệ số an toàn. Vì thế, trong suy tim bên trái, trong đó áp suất mao mạch phổi đôi khi tăng đến 50 mm Hg, thì tử vong có thể xảy ra trong dưới 30 phút do phù phổi cấp.
Dịch trong khoang màng phổi
Khi các phổi giãn nở và co rút trong suốt quá trình hít thở bình thường, chúng trượt qua lại trong khoang màng phổi. Để tạo điều kiện cho sự vận động này, một lớp dịch nhầy mỏng nằm giữa các màng phổi thành và tạng.
Hình 4 cho thấy các động lực học của sự trao đổi dịch trong khoang màng phổi. Màng phổi là một màng thanh mạch, trung mô, có lỗ mà qua đó các lượng nhỏ dịch kẽ thấm một cách liên tục vào trong khoang màng phổi. Các dịch này mang các proteins mô theo cùng với chúng, điều mà cho phép sự trượt cực kỳ dễ dàng của các phổi đang di chuyển.
Tổng lượng dịch trong mỗi khoang màng phổi bình thường là ít – chỉ vài millilters. Bất cứ khi nào lượng dịch nhiều hơn lượng chỉ vừa đủ bắt đầu chảy trong khoang màng phổi thì lượng dịch dư sẽ được bơm khỏi bởi các mạch bạch huyết mở một cách trực tiếp từ khoang màng phổi vào trong các nơi sau: (1) trung thất; (2) bề mặt trên của cơ hoành; và (3) các mặt ngoài của màng phổi thành. Vì thế, khoang màng phổi – khoang giữa các màng phổi thành và tạng – được gọi là khoang ảo (potential space) bởi vì bình thường nó thì hẹp đến nỗi nó không phải là một khoang vật lý rõ ràng.
Áp suất âm trong dịch màng phổi. Một lực âm thì luôn luôn được cần đến trên phía bên ngoài của các phổi để giữ cho các phổi giãn nở. Lực này được cung cấp bởi áp suất âm trong khoang màng phổi bình thường. Nguyên nhân cơ bản của áp suất âm này là sự bơm dịch khỏi khoang bởi các mạch bạch huyết , mà cũng là nền tảng của áp suất âm được tìm thấy trong hầu hết các khoảng kẽ mô trong cơ thể. Bởi vì khuynh hướng xẹp bình thường của phổi là khoảng -4 mm Hg, nên áp suất dịch màng phổi phải luôn luôn ít nhất là âm đến -4 mm Hg để giữ cho các phổi giãn nở. Các sự đo đạc thực sự đã cho thấy rằng áp suất thường là khoảng -7 mm Hg, mà âm nhiều hơn một vài millimeter thủy ngân so với áp suất xẹp của các phổi. Vì thế, tính âm của áp suất dịch màng phổi giữ cho các phổi bình thường được kéo vào màng phổi thành của lồng ngực, không kể một lớp nhầy cực kỳ mỏng mà đóng vai trò như một chất bôi trơn.
Tràn dịch màng phổi – sự tích tụ các lượng lớn dịch tự do trong khoang màng phổi. Tràn dịch màng phổi là một tương tự với dịch phù trong các mô và có thể được gọi là phù của khoang màng phổi (edema of pleural cavity). Các nguyên nhân của tràn dịch thì giống với các nguyên nhân của phù trong các mô khác (được nói đến trong loạt bài viết trước), bao gồm các nguyên nhân sau: (1) sư tắc của thoát dịch bạch huyết từ khoang màng phổi; (2) suy tim, mà gây ra các áp suất mao mạch ngoại vi và phổi quá cao, dẫn đến sự thấm dịch quá mức vào trong khoang màng phổi; (3) áp suất thẩm thấu keo huyết tương giảm đáng kể, vì thế gây ra sự thấm dịch quá mức; và (4) sự nhiễm trùng hay bất cứ nguyên nhân nào khác của viêm trên các bề mặt của khoang màng phổi, mà làm tăng tính thấm của các màng mao mạch và cho phép sự “đổ” các proteins huyết tương và dịch nhanh chóng vào trong khoang.
Các bạn có thể xem bài viết mới trên Facebook tại đây: https://www.facebook.com/profile.php?id=61550892771585
Các bạn có thể xem bài viết trước tại đây: https://docsachxyz.com/tuan-hoan-phoi-phu-phoi-va-dich-mang-phoi-phan-1/
Cảm ơn các bạn đã theo dõi bài viết. Hẹn gặp lại các bạn trong các bài viết tiếp theo nhé !!!
